[發(fā)明專利]一種多因素混凝土凍融的粒子濾波壽命預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110242646.0
• 申請(qǐng)日: 2021-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN112949185B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊偉博;高培偉;包永強(qiáng);潘岳;潘奕蕊;宗昕;趙杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06N3/00;G06F119/02;G06F119/04;G06F119/10
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蘇良

1.一種多因素混凝土凍融的粒子濾波壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、以單段模式的相對(duì)動(dòng)彈性模量衰減模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建描述多因素凍融損傷劣化規(guī)律的狀態(tài)方程及其噪聲模型；

步驟2、采用超聲波無損檢測(cè)方法，對(duì)混凝土中的超聲波聲時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；通過相對(duì)動(dòng)彈性模量與超聲波聲時(shí)之間的關(guān)系，構(gòu)建觀測(cè)方程；同時(shí)，結(jié)合步驟1中的狀態(tài)方程，構(gòu)建描述凍融劣化的狀態(tài)空間模型；

每一試件在多因素凍融循環(huán)開始前，先進(jìn)行一次超聲無損檢測(cè)，采集基準(zhǔn)聲時(shí)；

步驟2中，觀測(cè)方程的表達(dá)式為：

公式(3)中，T_t表示凍融循環(huán)t時(shí)刻的超聲波聲時(shí)，T₀表示凍融循環(huán)開始前，通過超聲法所測(cè)得的基準(zhǔn)聲時(shí)；υ_t+1表示觀測(cè)噪聲，滿足為狀態(tài)噪聲方差，定義觀測(cè)噪聲υ_t+1為零均值高斯白噪聲；

構(gòu)建狀態(tài)空間模型，如公式(4)所示：

步驟3、判斷聲時(shí)檢測(cè)是否更新，以進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)；

對(duì)模型參數(shù)和粒子群進(jìn)行賦值；在多因素凍融循環(huán)過程中，

若未進(jìn)行超聲無損檢測(cè)，則將粒子群代入狀態(tài)方程中，生成先驗(yàn)估計(jì)，再將先驗(yàn)估計(jì)與粒子權(quán)值進(jìn)行加權(quán)求和，獲得后驗(yàn)估計(jì)，并更新粒子群，后驗(yàn)估計(jì)看作是凍融循環(huán)次數(shù)的預(yù)測(cè)值；

若進(jìn)行超聲無損檢測(cè)，獲得新的聲時(shí)信號(hào)，則將t時(shí)刻粒子群代入狀態(tài)空間模型中，生成N個(gè)聲時(shí)預(yù)測(cè)值；令聲時(shí)預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)值作差，假設(shè)差值滿足高斯分布，即可計(jì)算得到N個(gè)聲時(shí)預(yù)測(cè)值對(duì)應(yīng)的歸一化權(quán)值；

步驟3具體包括：

對(duì)粒子群進(jìn)行賦值，此時(shí)權(quán)值N為粒子個(gè)數(shù)；

在多因素凍融循環(huán)t+1時(shí)刻，若未進(jìn)行超聲無損檢測(cè)，則將t時(shí)刻粒子群代入狀態(tài)方程中，生成先驗(yàn)估計(jì)再將先驗(yàn)估計(jì)與粒子權(quán)值進(jìn)行加權(quán)求和，如公式(5)所示，獲得后驗(yàn)估計(jì)并更新迭代粒子相對(duì)動(dòng)彈性模量的后驗(yàn)估計(jì)看作是凍融循環(huán)次數(shù)的預(yù)測(cè)值；

若多因素凍融循環(huán)t+1時(shí)刻進(jìn)行了超聲無損檢測(cè)，獲得新的超聲波聲時(shí)T_t+1，則將t時(shí)刻粒子群代入狀態(tài)空間模型中，生成N個(gè)超聲波聲時(shí)預(yù)測(cè)值令聲時(shí)預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)值T_exp作差，若差值滿足高斯分布即可計(jì)算得到N個(gè)聲時(shí)預(yù)測(cè)值對(duì)應(yīng)的歸一化權(quán)值

步驟4、對(duì)粒子群及其歸一化權(quán)值進(jìn)行多項(xiàng)式重采樣，獲得更新后的粒子群及其權(quán)值；

步驟5、重復(fù)步驟3和4，直至達(dá)到設(shè)定條件，停止凍融實(shí)驗(yàn)與預(yù)測(cè)過程；步驟1至步驟5所經(jīng)歷的總時(shí)間即為混凝土凍融的剩余壽命。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多因素混凝土凍融的粒子濾波壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟1中，狀態(tài)方程的表達(dá)式為：

公式(1)中，E_t表示凍融循環(huán)t時(shí)刻的相對(duì)動(dòng)彈性模量；C表示損傷加速度，A表示損傷初速度，二者通過實(shí)驗(yàn)擬合獲得；Δt表示t時(shí)刻與t+1時(shí)刻的時(shí)間間隔；ω_t+1表示加性的零均值高斯白噪聲，滿足為狀態(tài)噪聲方差。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多因素混凝土凍融的粒子濾波壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟1中，定義基準(zhǔn)損傷加速度C₀為常數(shù)，基準(zhǔn)損傷初速度A₀滿足高斯分布，如公式(2)所示：

公式(2)中，mean(·)表示均值函數(shù)，Q表示凍融實(shí)驗(yàn)試件個(gè)數(shù)，Var(·)表示方差函數(shù)。